CN108443718A - 摩擦发光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明摩擦发光的方法涉及摩擦发光领域，其目的是为了提供一种通过改变气氛条件，进而控制产生近红外光的摩擦发光方法。本发明摩擦发光的方法包括提供一种摩擦发光装置，所述摩擦发光装置包括容置腔和设置在所述容置腔内的摩擦组件，所述摩擦组件包括第一摩擦元件及第二摩擦元件，所述第一摩擦元件和第二摩擦元件相互接触设置，所述第一摩擦元件的材料包括二氧化硅，第二摩擦元件的材料包括金属，且二氧化硅与金属直接接触设置；对所述容置腔抽真空；将所述容置腔内充入二氧化碳；将第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦，产生近红外光。

Description

摩擦发光的方法

技术领域

本发明涉及摩擦发光领域，特别是涉及一种摩擦发光的方法。

背景技术

固体材料受到机械能的作用发光的现象，称为摩擦发光。摩擦发光是一个涉及到机械、物理、化学和物质放射循环等的复杂过程，并且受到很多外界环境因素的影响。研究表明，固体材料摩擦过程中的气体电离发光，来自于周围环境气体的电子跃迁，改变气体环境，可以发现很多不一样的现象。此外，摩擦发光近年来，被应用到了很多领域，越来越受到大家的关注。

现有研究存在的问题是：(1)气体环境对摩擦发光的影响，并没有统一的规律；(2)由于材料自身性质对摩擦发光的影响很大，气体环境对摩擦发光影响的机理并没有讨论清楚；(3)报道的摩擦发光强度不大，发光效率不够高。

发明内容

基于此，本发明要解决的技术问题是提供一种通过改变气氛条件，进而控制产生近红外光的摩擦发光方法。

一种摩擦发光的方法，所述方法包括：提供一种摩擦发光装置，所述摩擦发光装置包括容置腔和设置在所述容置腔内的摩擦组件，所述摩擦组件包括第一摩擦元件及第二摩擦元件，所述第一摩擦元件和第二摩擦元件相互接触设置，所述第一摩擦元件的材料包括二氧化硅，第二摩擦元件的材料包括金属，且二氧化硅与金属直接接触设置；对所述容置腔抽真空；将所述容置腔内充入二氧化碳；将第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦，产生近红外光。

在其中一个实施例中，所述金属为能够与二氧化硅反应生成金属硅化物的金属。

在其中一个实施例中，所述金属为钼、铁、铬、铝或钛的一种。

在其中一个实施例中，在第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的步骤中，第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的相对速度为5～20mm/s。

在其中一个实施例中，在第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的步骤中，第一摩擦元件对第二摩擦元件施加的压力≤5N。

在其中一个实施例中，所述摩擦发光装置还包括驱动施压组件，所述驱动施压组件与所述第一摩擦元件连接；

在第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的步骤中，所述驱动施压组件带动所述第一摩擦元件相对所述第二摩擦元件运动，进行摩擦。

在其中一个实施例中，所述驱动施压组件包括压电陶瓷，所述压电陶瓷与所述第一摩擦元件连接，用于对所述第一摩擦元件施压并驱动其运动。

在其中一个实施例中，所述第二摩擦元件与所述第一摩擦元件之间为线接触。

在其中一个实施例中，所述装置还包括抽气口，在对所述容置腔抽真空的步骤中，通过所述抽气口，对所述容置腔抽真空。

在其中一个实施例中，在对所述容置腔充入二氧化碳或空气的步骤中，通过所述抽气口，充入二氧化碳或空气。

上述摩擦发光的方法，只需要在产生近红外光的摩擦发光装置中充入二氧化碳，就可以改变装置原来的真空条件，从而改变光强。此外，不对容置腔进行抽真空操作，其气体环境为空气时，摩擦产生的发光强度也不同，具体三种不同气体条件下的发光强度：二氧化碳>真空>空气，进而可以根据需要选择合适的近红外光强度。

附图说明

图1为本发明摩擦发光装置的内部结构示意图；

图2为图1中A-A处的俯视剖视图；

图3为二氧化硅与金属铁摩擦后产生的近红外光的谱线图；

图4为五种金属和二氧化硅在真空条件下摩擦过程中的发光相对平均光强；

图5为不同气体条件下，五种金属和二氧化硅摩擦过程中发光的相对平均光强；

附图说明：

1-壳体；2-密封垫圈；3-抽气口；4-透光窗；5-弹簧；6-限位固定组件；7-固定螺钉；8-驱动组件；9-限位套筒；10-限位螺钉；11-第一摩擦元件；12-第二摩擦元件；13-平台；14-垫片；15-定位销；16-航插接口；17-摩擦组件。

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本发明的具体实施方案进行详细阐述，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明一个实施例中的摩擦发光装置，如图1和图2所示，包括壳体1、摩擦组件17和驱动组件8，壳体1具有容置腔，所述摩擦组件17及驱动组件设置于所述壳体1内，所述驱动组件用于驱动摩擦组件17产生近红外光。摩擦组件17设置在容置腔内，包括第一摩擦元件11、与第一摩擦元件11相对设置且相互接触的第二摩擦元件12，该第二摩擦元件12与第一摩擦元件11能够摩擦发出近红外光。其中，第一摩擦元件11的材料包括二氧化硅，第二摩擦元件12的材料为金属，且二氧化硅与金属直接接触设置。驱动组件8设置在容置腔内，与第一摩擦元件11连接，用于驱动第一摩擦元件11相对于第二摩擦元件12运动。

上述摩擦发光装置利用二氧化硅与金属摩擦，能够产生近红外光，另外，通过驱动组件驱动实现对二氧化硅的往复驱动和向下施压，实现受压状态下的滑动摩擦，从而能够实现连续发光，可以放置在任何需要近红外光的场景。

在其中一个实施例中，该第一摩擦元件11与第二摩擦元件12接触的外表面包覆有二氧化硅层，且该二氧化硅层的材料为纯二氧化硅，且该二氧化硅层与第二摩擦元件12直接接触设置。可以理解，该第一摩擦元件11的材料也可为纯二氧化硅。

在其中一个实施例中，第二摩擦元件12可包括一金属层，该金属层设置于第二摩擦元件12与第一摩擦元件11接触的表面。该金属层的材料为能够与二氧化硅反应生成金属硅化物的金属，具体地，金属可以为钼、铁、铬、铝或钛的一种。该金属层与二氧化硅层直接接触设置，以与二氧化硅层相互摩擦产生近红外光。可以理解，该第二摩擦元件12的材料也可为纯金属，即该第二摩擦元件12可由纯金属制成。如图3所示，为二氧化硅与金属铁摩擦后产生的近红外光的谱线。由图可知，摩擦产生的光在近红外谱区(780～1000nm)的波段内，光的平均光强最高。

在一个实施例中，摩擦发光装置还包括设置在容置腔内的限位固定组件6，限位固定组件6与第二摩擦元件12连接，能够保持第一摩擦元件11与第二摩擦元件12之间的作用力。

具体地，限位固定组件6包括用于承载第二摩擦元件12的平台13、设置于壳体1内部的固定套筒和设置在固定套筒内的弹性件，弹性件用于支撑所述平台并保持第一摩擦元件与第二摩擦元件之间的作用力。固定套筒通过固定螺钉7与壳体1固定。平台13周向设置挡缘，第二摩擦元件12卡入其中，并通过螺钉固定。平台13相对于第二摩擦元件12的一侧具有一凸台，凸台与固定套筒间隙配合且固定套筒端面与平台13间隙设置。凸台端面通过弹性件与固定套筒连接。具体地，弹性件为弹簧5，弹簧5与平台13之间设置有垫片14。固定套筒设置凸起，弹簧5套设固定于凸起上，可以限定弹簧5的水平位移。固定套筒内还设置有定位销15，用于限定弹簧5的上下位置，防止其弹出。在摩擦过程中，第一摩擦元件11被下压在第二摩擦元件12上，第二摩擦元件12在弹簧的作用下，始终保持与第一摩擦元件11相抵。基于固定套筒的限制，使得第二摩擦元件和第一摩擦元件在摩擦的过程中，平台13不至于左右晃动，起到稳定整个结构的作用。

在一个实施例中，驱动组件8包括压电陶瓷，压电陶瓷用于驱动第一摩擦元件11运动。具体地，压电陶瓷为圆环形，一端与壳体1固定，另一端通过限位套筒9与第一摩擦元件11连接。利用压电陶瓷在不同电压差下变形的原理，在电信号的控制下实现对第一摩擦元件11的往复驱动和向下施压，实现受压状态下的滑动摩擦，能够实现连续发光，可以放置在任何需要的场景；压电陶瓷其结构简单，体积小，可以减小装置的整体体积和重量；采用电控方式，在装置外便于控制，不影响整个装置内部的运作。第一摩擦元件11一端面为平面，便于设置在限位套筒9内，第一摩擦元件11由限位螺钉10固定在限位套筒9内。第一摩擦元件11与第二摩擦元件12相接触的一面为圆弧面，第二摩擦元件12与第一摩擦元件11相接触的一面为平面，使得第一摩擦元件11与第二摩擦元件12接触的形式保持为线接触。优选地，第二摩擦元件12可以设置为长方形的片状结构。此接触方式压力更大，发光强度可以得到保证，此外便于光从边缘发射，减小了边缘的阻挡。

第一摩擦元件11与第二摩擦元件12之间的相对运动形式可以为线性运动或旋转运动，其中，该线性运动是指第一摩擦元件相对第二摩擦元件直线往复运动，该旋转运动是指第一摩擦元件相对第二摩擦元件旋转往复运动。优选地，压电陶瓷驱动第一摩擦元件11进行线性运动。如图2，压电陶瓷等圆周角分为四块，相对的两侧分别处于正电压和负电压，其余两块处于中间值，正电压差为伸长模式，负电压差为缩短模式。压电陶瓷的伸缩状态，给第一摩擦元件11以向下和侧向的力，实现了施压和左右移动的线性运动模式。壳体1上设置航插接口16，压电陶瓷的电线接到航插接口16上。

在一个实施例中，壳体1包括可分离的下壳体和上盖，上盖与下壳体之间设置有密封垫圈2。发光装置还包括抽真空组件，抽真空组件包括设置在壳体1上的抽气口3，用于对容置腔抽真空，保证摩擦环境为低真空状态。

在一个实施例中，壳体1上设置有透光窗4，用于摩擦发光后的光线射出，可采用可以放置到任何需要此光线的场景。透光窗4优选为氟化钙窗，设置在装置的两侧。

在一个实施例中，压电陶瓷通过航插接口16与外部电源连接，外部电源的输出频率在50HZ～200HZ时，第一摩擦元件11与第二摩擦元件12摩擦的相对速度为5～20mm/s，优选为10mm/s。第一摩擦元件11对第二摩擦元件12施加的压力≤5N，优先为4N。

进一步，本发明实施例还提供一种摩擦发光的方法，所述方法包括：

步骤1，提供一种摩擦发光装置，所述摩擦发光装置包括容置腔和设置在容置腔内的摩擦组件。其中，摩擦组件包括第一摩擦元件及第二摩擦元件相互接触设置，该第一摩擦元件的材料包括二氧化硅、第二摩擦元件的材料包括金属，且二氧化硅与金属直接接触设置；

步骤2，对容置腔抽真空；

步骤3，将第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦，即二氧化硅与金属摩擦，产生近红外光。

上述方法，通过金属与二氧化硅在真空中的摩擦，可以产生近红外光。

其中，金属可选为能够与二氧化硅反应生成金属硅化物的金属。具体地，金属为钼、铁、铬、铝或钛中的一种。五种金属都可以和二氧化硅摩擦的过程中产生连续的近红外光。但是，如图4所示，此五种金属与二氧化硅摩擦的发光强度不同，发光强度上：钼>铁>铬>铝>钛。可以根据场景的需要，选择合适的金属和发光强度。

在一个实施例中，装置包括可分离的上盖和下壳体，上盖与下壳体形成容置腔。第二摩擦元件可替换地设置在容置腔内。

具体地，装置还包括限位固定组件，限位固定组件与第二摩擦元件连接；在步骤3中，将上盖与下壳体分离，通过限位固定组件替换第二摩擦元件。其中，限位固定组件包括用于承载第二摩擦元件的平台、设置于壳体内部的固定套筒和设置在固定套筒内的弹性件。平台周向设置挡缘，第二摩擦元件卡入其中，并通过螺钉固定。平台相对于第二摩擦元件的一侧具有一凸台，凸台与固定套筒间隙配合且固定套筒端面与平台间隙设置，凸台端面通过弹性件与固定套筒连接。具体地，弹性件为弹簧，弹簧与平台之间设置有垫片。固定套筒设置有凸起，弹簧套设固定于凸起上，可以限定弹簧的水平位移。固定套筒内还设置有定位销，用于限定弹簧的上下位置，防止其弹出。在摩擦过程中，第一摩擦元件被下压在第二摩擦元件上，第二摩擦元件在弹簧的作用下，始终保持与第一摩擦元件相抵。基于固定套筒的限制，使得第二摩擦元件和第一摩擦元件在摩擦的过程中，平台不会左右晃动，起到稳定整个结构的作用。

装置还包括驱动组件，驱动组件包括固定在上盖上的压电陶瓷，压电陶瓷与第一摩擦元件连接；在步骤3中，将压电陶瓷通电，通过压电陶瓷驱动第一摩擦元件运动，与第二摩擦元件摩擦。

第一摩擦元件的一端面为圆弧状，使得其在与第二摩擦元件接触的形式为线接触。此接触方式压力更大，发光强度可以得到保证，此外便于光从边缘发射，减小了边缘的阻挡。

在将第二摩擦元件与第一摩擦元件摩擦的步骤中，压电陶瓷通过航插接口与外部电源连接，外部电源的输出频率在50HZ～200HZ时，第二摩擦元件与第一摩擦元件摩擦的相对速度为5-20mm/s，优选为10mm/s。第一摩擦元件对第二摩擦元件施加的压力≤5N，优先为4N。

上述方法，可以根据场景的需要，选择合适的金属以实现不同的发光强度。并且更换金属过程方便，无破坏性。只需要把装置的上盖连同二氧化硅一同取出，取掉金属的螺钉即可。本方法采用压电陶瓷驱动二氧化硅，体积小、便携，光强可以改变，应用场景广。

另外，本发明实施例还提供另一种摩擦发光的方法，所述方法包括：

步骤1，提供一种摩擦发光装置，所述摩擦发光装置包括容置腔和设置在容置腔内的摩擦组件。其中，摩擦组件包括第一摩擦元件及与第一摩擦元件接触设置的第二摩擦元件，该第一摩擦元件的材料包括二氧化硅，第二摩擦元件的材料包括金属，且二氧化硅与金属直接接触设置；

步骤2，对容置腔抽真空；

步骤3，将容置腔内充入二氧化碳；

步骤4，将第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦，即二氧化硅与金属摩擦，产生近红外光。

在本方法中，只需要在产生近红外光的摩擦发光装置中充入二氧化碳，就可以改变装置原来的真空条件，从而改变光强。此外，不对容置腔进行抽真空操作，其气体环境为空气时，摩擦产生的发光强度也不同，具体三种不同气体条件下的发光强度如图5所示：二氧化碳>真空>空气，进而可以根据需要选择合适的近红外光强度。

在一个实施例中，第二摩擦元件可包括一金属层，该金属层设置于第二摩擦元件与第一摩擦元件接触的表面。该金属层的材料为能够与二氧化硅反应生成金属硅化物的金属，具体地，金属可以为钼、铁、铬、铝或钛的一种。该金属层与二氧化硅层直接接触设置，以与二氧化硅层相互摩擦产生近红外光。可以理解，该第二摩擦元件的材料也可为纯金属，即该第二摩擦元件可由纯金属制成。

在一个实施例中，在步骤4中，第二摩擦元件与第一摩擦元件摩擦的相对速度设置为5～20mm/s，优选为10mm/s。第一摩擦元件对第二摩擦元件之间施加的压力设置为≤5N，优先为4N。

在一个实施例中，装置还包括驱动组件，驱动组件与第一摩擦元件连接。在步骤4中，驱动组件带动第一摩擦元件相对第二摩擦元件运动，进行摩擦。具体地，驱动组件包括压电陶瓷，压电陶瓷与第一摩擦元件连接，用于对第一摩擦元件施压并驱动其运动。

在一个实施例中，第二摩擦元件与第一摩擦元件之间为线接触。具体地，第一摩擦元件的一端面为圆弧状，使得其在与第二摩擦元件接触的形式为线接触。此接触方式压力更大，发光强度可以得到保证，此外便于光从边缘发射，减小了边缘的阻挡。

在一个实施例中，装置还包括抽气口，在对容置腔抽真空的步骤中，通过抽气口，对容置腔抽真空。容置腔中为真空状态时，就可以满足摩擦发光的要求。

另外，在步骤3中，也是通过抽气口，充入二氧化碳。

上述方法，金属与二氧化硅在真空、二氧化碳、空气中均可摩擦产生近红外光。当需要不同光强的近红外光时，只需要抽掉摩擦发光装置容置腔内的气体，充入二氧化碳气体，无需改变内部结构，便于操作。不同气体条件下的发光强度：二氧化碳>真空>空气，可以根据场景需要，选择合适的近红外光光强。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种摩擦发光的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供一种摩擦发光装置，所述摩擦发光装置包括容置腔和设置在所述容置腔内的摩擦组件，所述摩擦组件包括第一摩擦元件及第二摩擦元件，所述第一摩擦元件和第二摩擦元件相互接触设置，所述第一摩擦元件的材料包括二氧化硅，第二摩擦元件的材料包括金属，且二氧化硅与金属直接接触设置；

对所述容置腔抽真空；

将所述容置腔内充入二氧化碳；

将第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦，产生近红外光。

2.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，所述金属为能够与二氧化硅反应生成金属硅化物的金属。

3.根据权利要求2所述的摩擦发光的方法，其特征在于，所述金属为钼、铁、铬、铝或钛的一种。

4.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，在第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的步骤中，第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的相对速度为5～20mm/s。

5.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，在第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的步骤中，第一摩擦元件对第二摩擦元件施加的压力≤5N。

6.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，所述摩擦发光装置还包括驱动施压组件，所述驱动施压组件与所述第一摩擦元件连接；

在第一摩擦元件与第二摩擦元件摩擦的步骤中，所述驱动施压组件带动所述第一摩擦元件相对所述第二摩擦元件运动，进行摩擦。

7.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，所述驱动施压组件包括压电陶瓷，所述压电陶瓷与所述第一摩擦元件连接，用于对所述第一摩擦元件施压并驱动其运动。

8.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，所述第二摩擦元件与所述第一摩擦元件之间为线接触。

9.根据权利要求1所述的摩擦发光的方法，其特征在于，所述装置还包括抽气口，在对所述容置腔抽真空的步骤中，通过所述抽气口，对所述容置腔抽真空。

10.根据权利要求9所述的摩擦发光的方法，其特征在于，在对所述容置腔充入二氧化碳的步骤中，通过所述抽气口，充入二氧化碳或空气。